2018-2019學(xué)年高中化學(xué) 專題1 化學(xué)反應(yīng)與能量變化 第二單元 化學(xué)能與電能的轉(zhuǎn)化 第1課時(shí) 原電池的工作原理學(xué)案 蘇教版選修4.doc

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第1課時(shí)　原電池的工作原理 學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.以銅鋅原電池為例，理解原電池的工作原理。(重點(diǎn))2.學(xué)會(huì)判斷原電池的正、負(fù)極。(重點(diǎn))3.掌握原電池反應(yīng)方程式和電極反應(yīng)式的書寫。4.掌握原電池原理的基本應(yīng)用。 [自 主 預(yù) 習(xí)探 新 知] 1．銅鋅原電池的工作原理 (1)用溫度計(jì)測(cè)量鋅粉與CuSO4溶液反應(yīng)的溫度變化，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，該反應(yīng)在物質(zhì)變化的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 (2)銅鋅原電池的工作原理 裝置 電極 Zn Cu 反應(yīng)現(xiàn)象 逐漸溶解 銅片上有紅色物質(zhì)析出 電極名稱 負(fù)極 正極 得失電子 失電子 得電子 電子流向 電子流出 電子流入 反應(yīng)類型 氧化反應(yīng) 還原反應(yīng) 電極反應(yīng)式 Zn－2e－===Zn2＋ Cu2＋＋2e－===Cu 總電池反應(yīng)式 Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu 2．鹽橋(以銅鋅原電池為例) (1)成分：含有KCl飽和溶液的瓊脂。 (2)離子移動(dòng)方向：Cl－移向ZnSO4溶液(負(fù)極區(qū))，K＋移向CuSO4溶液(正極區(qū))。 (3)作用：使兩個(gè)半電池形成通路，并保持兩溶液的電中性。 3．原電池形成的條件 (1)兩個(gè)活潑性不同的電極。 (2)電解質(zhì)溶液。 (3)形成閉合回路(或兩極直接接觸)。 (4)能自發(fā)地發(fā)生氧化還原反應(yīng)。 4．原電池的設(shè)計(jì) 例如：以2FeCl3＋Cu===2FeCl2＋CuCl2為依據(jù)，設(shè)計(jì)一個(gè)原電池。 (1)將氧化還原反應(yīng)拆成氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)兩個(gè)半反應(yīng)，分別作原電池的負(fù)極和正極的電極反應(yīng)式。 負(fù)極：Cu－2e－===Cu2＋， 正極：2Fe3＋＋2e－===2Fe2＋。 (2)確定電極材料 如發(fā)生氧化反應(yīng)的物質(zhì)為金屬單質(zhì)，可用該金屬直接作負(fù)極；如為氣體(如H2)或溶液中的還原性離子，可用惰性電極(如Pt、碳棒)作正極。 發(fā)生還原反應(yīng)的電極材料一般不如負(fù)極材料活潑。 本例中可用銅棒作負(fù)極，用鉑絲或碳棒作正極。 (3)確定電解質(zhì)溶液 一般選用反應(yīng)物中的電解質(zhì)溶液即可。如本例中可用FeCl3溶液作電解液。 (4)構(gòu)成閉合回路：將電極用導(dǎo)線連接，使之構(gòu)成閉合回路。 (5)畫出裝置圖。 [基礎(chǔ)自測(cè)] 1．判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“”)。 (1)原電池能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。(　　) (2)銅鋅原電池中鋅作負(fù)極，發(fā)生還原反應(yīng)。(　　) (3)構(gòu)成原電池的兩個(gè)電極必須是兩種不同的金屬。(　　) (4)原電池反應(yīng)一定是氧化還原反應(yīng)。(　　) 【答案】　(1)√　(2)　(3)　(4)√ 2．關(guān)于如圖所示的原電池，下列說(shuō)法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702028】 A．電子從鋅電極通過(guò)導(dǎo)線流向銅電極 B．鹽橋中的陰離子向硫酸銅溶液中遷移 C．鋅電極發(fā)生還原反應(yīng) D．銅電極上發(fā)生的電極反應(yīng)為2H＋＋2e－===H2↑ A　[該原電池中，較活潑的金屬——鋅作負(fù)極，發(fā)生氧化反應(yīng)，較不活潑的銅作正極，發(fā)生還原反應(yīng)，電子由負(fù)極——鋅流出，經(jīng)導(dǎo)線流向銅電極，負(fù)極、正極反應(yīng)分別為負(fù)極：Zn－2e－===Zn2＋，正極：Cu2＋＋2e－===Cu；鹽橋中的陰離子向負(fù)極區(qū)域硫酸鋅溶液中遷移，故A正確，B、C、D錯(cuò)誤。] 3．某原電池反應(yīng)的離子方程式為：Zn＋2H＋===Zn2＋＋H2↑，則下列說(shuō)法正確的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702029】 A．HNO3可作電解質(zhì)溶液 B．在電解質(zhì)溶液中電子從正極流向負(fù)極 C．鋅極質(zhì)量不變 D．石墨可作原電池的正極 D　[硝酸不能作電解質(zhì)溶液，因?yàn)橄跛崤c金屬鋅反應(yīng)生成氮的氧化物，不生成氫氣，A錯(cuò)誤；原電池中，電子從負(fù)極流向正極，B錯(cuò)誤；負(fù)極反應(yīng)為Zn－2e－===Zn2＋，金屬鋅的質(zhì)量減少，C錯(cuò)誤。] [合 作 探 究攻 重 難] 原電池的工作原理 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯吭姵氐墓ぷ髟怼? 實(shí)驗(yàn)裝置： 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：有鹽橋存在時(shí)，鋅片不斷溶解，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，銅片不斷增厚；取出鹽橋后，電流中斷，指針迅速回零。 [思考交流] 1．有鹽橋時(shí)，電流計(jì)指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說(shuō)明有電流產(chǎn)生，該電流是如何產(chǎn)生的？產(chǎn)生電流的過(guò)程中，鋅片、銅片上分別發(fā)生了什么變化？ 【提示】　當(dāng)有鹽橋存在時(shí)，在ZnSO4溶液中，鋅片逐漸溶解，即Zn被氧化，Zn失去電子，形成Zn2＋進(jìn)入溶液，用電極反應(yīng)式表示為Zn－2e－===Zn2＋；從鋅片上釋放出的電子，經(jīng)過(guò)導(dǎo)線流向銅片；CuSO4溶液中的Cu2＋從銅片上得到電子，被還原為Cu并沉積在銅片上，用電極反應(yīng)式表示為Cu2＋＋2e－===Cu；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，左邊燒杯的溶液中c(Zn2＋)增大，右邊燒杯的溶液中c(Cu2＋)減小。同時(shí)，鹽橋中的Cl－會(huì)移向ZnSO4溶液，K＋會(huì)移向CuSO4溶液，使ZnSO4溶液和CuSO4溶液均保持電中性，氧化還原反應(yīng)得以繼續(xù)進(jìn)行，從而使原電池不斷地產(chǎn)生電流。 2．取出鹽橋后電流為什么會(huì)中斷？ 【提示】　取出鹽橋后裝置不再是閉合回路。 3．用溫度計(jì)測(cè)量原電池內(nèi)電解質(zhì)溶液的溫度在反應(yīng)前后是否會(huì)有明顯變化？為什么？ 【提示】　沒有明顯變化。因?yàn)榛瘜W(xué)能主要轉(zhuǎn)化為電能。 4．根據(jù)原電池的工作原理分析原電池的正極、負(fù)極有哪些判斷依據(jù)？ 【提示】　可由電極材料判斷；可以由電子流向或電流方向判斷；也可由反應(yīng)類型、反應(yīng)現(xiàn)象判斷。 (1)原電池正負(fù)極的判斷 (2)原電池的電極材料“兩注意” ①注意電解質(zhì)溶液對(duì)電極類型的影響。 一般的，較活潑金屬作負(fù)極，較不活潑的金屬或?qū)щ姷姆墙饘僮髡龢O，但若是較不活潑的金屬發(fā)生的氧化還原反應(yīng)設(shè)計(jì)的原電池，則是較不活潑的金屬作負(fù)極。例如：鎂鋁電極在稀硫酸中構(gòu)成原電池，鎂為負(fù)極，鋁為正極；但若以氫氧化鈉為電解質(zhì)溶液，則鋁為負(fù)極，鎂為正極。 ②注意電極材料是否參與反應(yīng)。 負(fù)極材料不一定參與反應(yīng)，如燃料電池；負(fù)極和正極材料都參與反應(yīng)，如鉛蓄電池。 怎樣設(shè)計(jì)原電池 依據(jù)氧化還原反應(yīng)2Ag＋(aq)＋Cu(s)===Cu2＋(aq)＋2Ag(s)設(shè)計(jì)的原電池如圖所示。 Ⅰ　　　　　　　　　　?、? [思考交流] 1．如果將所給反應(yīng)設(shè)計(jì)成Ⅰ裝置，其正極、負(fù)極材料、A池、B池中電解質(zhì)溶液應(yīng)為何種物質(zhì)？ 【提示】　負(fù)極為銅，正極為Ag，A池為含有Cu2＋的電解質(zhì)溶液如CuSO4，B池為AgNO3溶液。 2．如果將所給反應(yīng)設(shè)計(jì)成Ⅱ裝置，其正極、負(fù)極材料、C池中電解質(zhì)溶液應(yīng)為何種物質(zhì)？ 【提示】　負(fù)極材料為銅，正極材料為銀，C池中電解液為AgNO3溶液。 (1)原電池的設(shè)計(jì) ①設(shè)計(jì)原電池原理： 原電池是一種將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，因此只有放熱的氧化還原反應(yīng)才可以設(shè)計(jì)成原電池。在電池中，通過(guò)電極和導(dǎo)線將電子轉(zhuǎn)移變成了電子的定向移動(dòng)，將氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)分到兩個(gè)電極上進(jìn)行，使其成為兩個(gè)“半反應(yīng)”。 ②設(shè)計(jì)原電池思路： a．電極材料的選擇。負(fù)極一般是活潑的金屬材料，正極一般選用活潑性比負(fù)極差的金屬材料或石墨等惰性電極。 b．電解質(zhì)溶液的選擇。電解質(zhì)溶液一般要能夠與負(fù)極發(fā)生反應(yīng)。 c．保證設(shè)計(jì)出的原電池裝置中，還原劑在負(fù)極上發(fā)生反應(yīng)，氧化劑在正極上發(fā)生反應(yīng)。 (2)原電池工作原理的其他應(yīng)用 ①加快氧化還原反應(yīng)的速率，如：在鋅與稀硫酸反應(yīng)時(shí)加入少量CuSO4溶液，能使產(chǎn)生H2的速率加快。 ②比較金屬活動(dòng)性強(qiáng)弱 [當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)固 雙 基] 題組1　原電池的構(gòu)成與工作原理 1．下列裝置中，能構(gòu)成原電池的是(　　) D　[A中酒精不是電解質(zhì)；B中未構(gòu)成閉合回路；C中兩個(gè)電極相同。] 2．如圖所示的裝置中，在產(chǎn)生電流時(shí)，以下說(shuō)法不正確的是(　　) A．Fe是負(fù)極，C是正極 B．負(fù)極反應(yīng)式為：Fe－3e－===Fe3＋ C．內(nèi)電路中陰離子移向FeCl2溶液 D．電流由石墨電極流向Fe電極 B　[Fe在原電池中作負(fù)極時(shí)，失電子生成Fe2＋。] 題組2　原電池正極、負(fù)極的判斷 3．如下圖所示裝置中，觀察到電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)，M棒變粗，N棒變細(xì)，由此判斷下表中所列M、N、P物質(zhì)，其中可以成立的是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702030】 選項(xiàng) M N P A 鋅 銅 稀硫酸溶液 B 銅 鐵 稀鹽酸 C 銀 鋅 硝酸銀溶液 D 鋅 鐵 硝酸鐵溶液 C　[本題通過(guò)電極變化來(lái)確定電極，N棒變細(xì)，即N極上發(fā)生氧化反應(yīng)，N棒金屬較活潑，排除A、D，由M棒變粗，可知B不正確。] 4．分析如圖所示的四個(gè)原電池裝置，其中結(jié)論正確的是(　　) A．①②中Mg作為負(fù)極，③④中Fe作為負(fù)極 B．②中Mg作為正極，電極反應(yīng)式為6H2O＋6e－===6OH－＋3H2↑ C．③中Fe作為負(fù)極，電極反應(yīng)式為Fe－2e－===Fe2＋ D．④中Cu作為正極，電極反應(yīng)式為2H＋＋2e－===H2↑ B　[Mg比Al活潑，在①中Mg作負(fù)極，但在NaOH溶液中，Mg不反應(yīng)，而Al可以反應(yīng)，故②中Al是負(fù)極。在濃硝酸中鐵會(huì)鈍化，故Cu為負(fù)極，F(xiàn)e為正極。在④中由于不斷向Cu極附近通入空氣，而O2比溶液中的H＋得電子能力強(qiáng)，故Fe失去電子，在Cu極O2到得電子發(fā)生還原反應(yīng)，電極反應(yīng)式為O2＋2H2O＋4e－===4OH－。] 題組3　原電池原理的應(yīng)用 5．在理論上不能用于設(shè)計(jì)原電池的化學(xué)反應(yīng)是(　　) A．H2SO4(aq)＋BaCl2(aq)===2HCl(aq)＋BaSO4(s)　ΔH<0 B．2CH3OH(l)＋3O2(g)===2CO2(g)＋4H2O(l) ΔH<0 C．4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH<0 D．3Cu(s)＋8HNO3(aq)===3Cu(NO3)2(aq)＋2NO(g)＋4H2O(l)　ΔH<0 A　[理論上放熱的氧化還原反應(yīng)能夠設(shè)計(jì)成原電池。] 6．有a、b、c、d四個(gè)金屬電極，有關(guān)的實(shí)驗(yàn)裝置及部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如下： 實(shí)驗(yàn) 裝置 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 部分實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 a極質(zhì)量減小，b極質(zhì)量增大 b上有氣體產(chǎn)生，c上無(wú)變化 在導(dǎo)線中，電流從a極流向d極 由此可判斷這四種金屬的活動(dòng)性順序是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：73702031】 A．a(chǎn)>b>c>d　　　　 B．b>c>d>a C．d>a>b>c D．a(chǎn)>b>d>c C　[根據(jù)裝置Ⅰ可確定活動(dòng)性：a>b；根據(jù)裝置Ⅱ可確定活動(dòng)性：b>c；根據(jù)裝置Ⅲ可確定活動(dòng)性：d>a。]